DE102008059156A1

DE102008059156A1 - Ringoszillator mit konstantem Frequenzveränderungsfaktor

Info

Publication number: DE102008059156A1
Application number: DE102008059156A
Authority: DE
Inventors: Nicola Da Dalt; Eva Tatschl-Unterberger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2009-06-04
Also published as: US7808328B2; US20090140820A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt Verzögerungselemente (304a-304n) in einem Ringoszillator (300), welche Hilfselemente (310a-310n), die einen Frequenzveränderungsfaktor aufweisen, welcher eine Funktion eines variablen Steuersignals (316) ist, und Hilfselemente (310a-310n) mit einem Frequenzveränderungsfaktor, welcher durch ein unveränderliches Steuersignal (320) eingestellt wird, umfassen.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft Ringoszillatorstrukturen und insbesondere Ringoszillatoren, welche einen steuerbaren Frequenzveränderungsfaktor und steuerbare Ausgangsfrequenzen aufweisen.
Ringoszillatoren mit einer geringen Komplexität, welche einen großen Einstellungsbereich aufweisen, besitzen im Allgemeinen einen hohen Frequenzveränderungsfaktor („Frequency Gain"). Das Vorhandensein eines Taktes einer hohen Frequenz mit einem geringen Jitter ist für den Betrieb von integrierten Schaltungen, welche Bausteine wie Analog-Digital-Wandler, Digital-Analog-Wandler, serielle Schnittstellen und drahtlose oder drahtgestützte Sende-/Empfangsvorrichtungen enthalten, von fundamentaler Wichtigkeit. Ein wohl bekannter Ansatz zur Erzeugung von Takten einer hohen Frequenz ist der Einsatz von Phasenregelkreisschaltungen (PLLs), welche die Frequenz eines Hochfrequenzoszillators (auch als gesteuerter Oszillator oder als „CO" („Controlled Oszillator") bekannt) bei einem mehrfachen (dabei ist dieses Mehrfache eine natürliche Zahl oder auch keine natürliche Zahl (d. h. eine rationale Zahl)) einer Referenzfrequenz fixieren. Die Frequenz eines COs wird mit einem Einstellsignal eingestellt.
Eine große Anzahl von Anwendungen erfordert, dass der Hochfrequenztakt über einen weiten Frequenzbereich einstellbar ist, welcher zum Beispiel einige 100 MHz bis 10 GHz überstreicht. Da der PLL in großen digitalen Kernen enthalten sein kann oder in der Nähe von Bausteinen angeordnet ist, welche Störungen auf einer Spannungsversorgung erzeugen, ist es wichtig, dass der CO einen geringen Frequenzveränderungsfaktor (Kco) aufweist. Der Frequenzveränderungsfaktor ist dabei als ΔF/Δc definiert, wobei Δc die Veränderung des Einstellsignals und ΔF die entsprechende Veränderung bezüglich der Ausgangsfrequenz ist. Je kleiner Kco ist, desto kleiner ist der Einfluss von Störungen oder von Rauschen auf das Einstellsignal oder auf den Jitter des Taktausgangs.
Bei vielen Anwendungen ist es üblich, einen Ringoszillator als CO zu verwenden. Der Aufbau oder die Struktur eines Ringsoszillators besteht hauptsächlich aus einer Kette von Verzögerungselementen bzw. Verzögerungszellen, wobei der Ausgang zu dem Eingang zurückgeführt ist. Wenn das Barkhausen-Kriterium erfüllt ist, schwingt diese Struktur und erzeugt ein Taktsignal. Die Frequenz kann eingestellt werden, indem die Verzögerung von jedem Verzögerungselement verändert wird, wobei entweder analoge oder digitale Einstellsignale verwendet werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Ringoszillator nach dem Stand der Technik insbesondere hinsichtlich seiner Frequenzveränderung zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Ringoszillator nach Anspruch 1, durch eine Vorrichtung in einem Ringoszillator nach Anspruch 9 und ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Zusammenfassung
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Ringoszillator bereitgestellt. Dieser Ringoszillator umfasst eine Steuerschaltung zur Erzeugung eines variablen Steuersignals und mehrere Verzögerungselemente, welche in Form einer Kaskade oder in Form eines Rings angeordnet sind. Bei diesen Verzögerungselemente, welche durch das variable Steuersignal gesteuert werden, ist (mit Ausnahme des ersten Verzögerungselements) ein Eingang jedes Verzögerungselements mit einem Ausgang des davor angeordneten Verzögerungselements verbunden. Ein Eingang des ersten Verzögerungselements ist mit einem Ausgang des letzten Verzögerungselements verbunden, so dass der vorab angesprochene Ring ausgebildet wird. Eines oder mehrere der Verzögerungselemente umfassen mehrere Hilfselemente. Zumindest eines dieser mehreren Hilfselemente weist eine Verzögerung auf, welche von dem variablen Steuersignal abhängt, und zumindest eines dieser mehreren Hilfselemente weist eine Verzögerung auf, welche von einem unveränderlichen Steuersignal, welches ebenfalls von der Steuerschaltung erzeugt werden kann, abhängt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung bereitgestellt, welcher in einem Ringoszillator einsetzbar ist. Diese Vorrichtung umfasst mehrere in Form einer Kaskade oder in Form eines Rings angeordnete Verzögerungselemente, welche von einem variablen Steuersignal und von einem unveränderlichen Steuersignal gesteuert werden. Dabei ist mit Ausnahme des ersten Verzögerungselements ein Eingang jedes Verzögerungselements mit einem Ausgang des vorher angeordneten Verzögerungselements verbunden. Ein Eingang des ersten Verzögerungselements ist mit einem Ausgang des letzten Verzögerungselements verbunden, so dass die Verzögerungselemente einen Kreis oder Ring ausbilden. Jedes Verzögerungselement umfasst mehrere Hilfselemente, welche eine Verzögerung aufweisen (ein durch das Hilfselement verlaufendes Signal wird entsprechend dieser Verzögerung verzögert). Dabei weist mindestens eines dieser Hilfselemente in jedem Verzögerungselement eine Verzögerung auf, welche von dem variablen Steuersignal abhängt, während mindestens eines dieser Hilfselemente in jedem Verzögerungselement eine Verzögerung aufweist, welche von dem unveränderlichen Steuersignal abhängt.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Ringoszillators oder der in einem Ringoszillator einsetzbaren Vorrichtung wird die Verzögerung jedes Hilfselements in jedem Verzögerungselement individuell entweder durch das variable Steuersignal oder durch das unveränderliche Steuersignal eingestellt. Es gibt also bei dieser Ausführungsform kein aktives Hilfselement, welches weder von dem variablen Steuersignal noch von dem unveränderlichen Steuersignal gesteuert wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren bereitgestellt. Gemäß diesem Verfahren werden mehrere Verzögerungselemente in Form einer Kaskade oder in Form eines Rings angeordnet. Die derart angeordneten Verzögerungselemente werden mit einem variablen Steuersignal und mit einem unveränderlichen Steuersignal gesteuert. Dabei wird mit Ausnahme des ersten Verzögerungselements ein Eingang von jedem Verzögerungselement mit einem Signal beaufschlagt, welches von einem vorher angeordneten Verzögerungselement abgeleitet ist. Ein Signal, welches einem Eingang des ersten Verzögerungselements zugeleitet wird, wird von einem Ausgang des letzten Verzögerungselements abgeleitet. Jedes Verzögerungselement wird mit mehreren Hilfselementen ausgebildet. Dabei wird eine Verzögerung von einem oder von mehreren der Hilfselemente in jedem Verzögerungselement abhängig von dem variablen Steuersignal und eine Verzögerung von einem oder von mehreren Hilfselementen in jedem Verzögerungselement abhängig von dem unveränderlichen Steuersignal eingestellt.
Im Folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren identifiziert die linke Ziffer eines Bezugszeichens diejenige Figur, in welcher das Bezugszeichen zuerst auftritt. Die Verwendung desselben Bezugszeichens in unterschiedlichen Ausführungsformen in der Beschreibung und in den Figuren deutet auf ähnliche oder identische Elemente hin.
1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Ringoszillators nach dem Stand der Technik.
2a und 2b stellen Einstellungskurven für den in 1 dargestellten Ringoszillator dar.
3 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ringoszillators, welcher mit einer Steuerschaltung gekoppelt ist.
4a und 4b sind Einstellungskurven für den in 3 dargestellten Ringoszillator.
5 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Einstellung einer Ausgangsfrequenz eines Ringoszillators, wie beispielsweise dem in 3 dargestellten Ringoszillator.
Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden werden ein Aufbau eines Ringoszillators und Verfahren zur Einstellung der Ausgangsfrequenz dieses Ringoszillators beschrieben.
Ein Ringoszillator 100 nach dem Stand der Technik ist in 1 dargestellt. Der Ringoszillator 100 besitzt einen Ausgang und eine Anzahl von kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselementen 102a–102n. Jedes Element 102a–102n weist jeweils einen Eingangsanschluss 104a–104n und jeweils einen Ausgangsanschluss 106a–106n auf. Der Eingangsanschluss, z. B. 104b, eines Elements, z. B. 102b, ist mit dem Ausgangsanschluss, z. B. 106a, des vorhergehenden Elements, z. B. Element 102a, verbunden. Der Eingangsanschluss 104a des ersten Elements 102a ist jedoch mit dem Ausgangsanschluss 106n des letzten Elements 102n verbunden. Innerhalb jedes Elements 102a–102n sind Verzögerungshilfselemente bzw. Verzögerungshilfszellen 108a–108n vorhanden. Die Hilfselemente 108a–108n weisen jeweils miteinander verbundene Eingänge, welche mit dem entsprechenden Eingangsanschluss 104a–104n verbunden sind, und jeweils miteinander verbundene Ausgänge, welche mit einem entsprechenden der Ausgangsanschlüsse 106a–106n verbunden sind, auf. Dabei kann eine Kapazität, beispielsweise eine Kapazität 112, mit dem gemeinsamen Ausgang verbunden sein.
Die Verzögerung von jedem Hilfselement 108a–108n wird von einem gemeinsamen Einstellsignal (z. B. einem analogen Spannung- oder Stromwert) gesteuert, welches von einer Steuerschaltung (nicht dargestellt) auf einer Leitung 110 zugeführt wird. Bei einer Ausführungsform kann jedes der Hilfselemente 108a–108n abgeschaltet werden, indem ein Verzögerungshilfselement 108a–108n in einen stromlosen Zustand versetzt wird (z. B. indem das Hilfselement deaktiviert wird). Wenn an den Ringoszillator 100 eine Spannung angelegt wird, erzeugt der Ringoszillator ein Taktsignal an seinem Ausgang mit einer Frequenz, welche von dem Steuersignal des gemeinsamen Einstellsignals und von der Anzahl der eingeschalteten Hilfselemente abhängt.
2a stellt einen Graph 200a dar, welcher Einstellungskurven 202–208 des Ringoszillators 100 nach dem Stand der Technik (welcher hier auch als ein gesteuerter Ringoszillator bezeichnet wird) zeigt, wobei sich eine Ausgangsfrequenz entsprechend einer Funktion der Spannung des Einstellsignals und der Anzahl der Hilfselemente, welche eingeschaltet sind, verändert. Bei einer Ausführungsform ist eines der Hilfselemente (z. B. Hilfselement 108a) in jedem der Elemente 102a–102n eingeschaltet, während alle anderen Hilfselemente abgeschaltet sind. Die Frequenz des Ausgangs des derart gesteuerten Ringoszillators 100 wird durch die Kurve 202 dargestellt. Kurven 204, 206 und 208 stellen die Frequenz des Ausgangs des gesteuerten Ringoszillators 100 als eine Funktion des Einstellsignals dar, wenn mehrere Hilfselemente 108a–108n eingeschaltet sind. Bei einer Ausführungsform stellt eine Kurve 208 die Frequenz des Ausgangs des gesteuerten Ringoszillators 100 dar, wenn sich das Einstellsignal verändert, wobei alle Hilfselemente 108a–108n eingeschaltet sind. Die Frequenz des Ausgangs des gesteuerten Ringoszillators 100 als eine Funktion des Einstellsignals vergrößert sich mit einer größeren Rate bzw. stärker, wenn mehrere Hilfselemente eingeschaltet sind. Der Ringoszillator 100 besitzt bei der Kurve 208 einen viel höheren Kco als bei der Kurve 202. Ein variabler Frequenzveränderungsfaktor belastet die Steuerschaltung, da sich die Steuerschaltung an alle Frequenzveränderungsfaktoren anpassen muss, was zu suboptimalen Abmessungen des Ringoszillators führt, wenn er in einem Phasenregelkreis eingesetzt wird.
Die 2b stellt einen Graph 200b dar, welcher die Einstellungskurven 202–208 des Ringoszillators 100 zeigt, wobei die X-Achse die Frequenz des Oszillators und die y-Achse der Frequenzveränderungsfaktor des gesteuerten Oszillators oder des Ringoszillators (Kco) zeigt. Der Graph 200b zeigt, dass Frequenzen zwischen einer Frequenz 0 und einer Frequenz f1 erzielt werden können, indem der Ringoszillator entsprechend irgendeiner der Kurven angesteuert wird. Der Graph 200b zeigt, dass die Frequenzen zwischen der Frequenz f1 und der Frequenz f2 nur erreicht werden können, indem der Ringoszillator entsprechend der Kurven 204–208 angesteuert wird, dass Frequenzen zwischen der Frequenz f2 und der Frequenz f3 erreicht werden können, indem der Ringoszillator entsprechend der Kurven 206 und 208 angesteuert wird, und dass Frequenzen oberhalb der Frequenz f3 erreicht werden können, indem der Ringoszillator entsprechend der Kurve 208 angesteuert wird.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Ringoszillator 100 eine Anzahl von kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselementen, welche durch ein variables Steuersignal gesteuert werden, welches von einer Steuerschaltung erzeugt wird. Jedes Verzögerungselement besitzt einen Eingang, welcher derart angeschlossen ist, dass er ein Eingangssignal aufnimmt, welches, außer für das erste kaskadenförmig angeordnete Verzögerungselement, einem Ausgangssignal entspricht, welches von einem vorhergehenden Verzögerungselement abgeleitet ist. Der Eingang des ersten Verzögerungselements ist derart angeschlossen, dass er das Ausgangssignal des letzten Verzögerungselements entgegennimmt. Zumindest eines der Verzögerungselemente besteht aus Hilfselementen. Jedes dieser Hilfselemente kann abgeschaltet werden. Eines der Hilfselemente, welches eingeschaltet ist, weist einen Frequenzveränderungsfaktor oder eine Verzögerung auf, welche von einer Funktion eines variablen Steuersignals abhängt. Die anderen Hilfselemente, welche eingeschaltet sind, weisen einen Frequenzveränderungsfaktor und/oder eine Verzögerung auf, welche durch ein unveränderliches Steuersignal eingestellt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren bereitgestellt, um ein oszillierendes Ausgangssignal mit einer einstellbaren Frequenz zu erzeugen. Eine Anzahl von Verzögerungselementen werden derart kaskadenförmig angeordnet, dass einem Eingang eines Verzögerungselements jeweils ein Eingangssignal zugeführt wird, welches außer für das erste der kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselemente von einem Ausgangssignal bereitgestellt wird, welches von dem jeweils vorhergehenden Verzögerungselement abgeleitet ist. Das Ausgangssignal des letzten Verzögerungselements wird dem Eingang des ersten Verzögerungselements zugeführt. Eine Verzögerung der Verzögerungselemente wird mit einem variablen Steuersignal und einem unveränderlichen Steuersignal gesteuert, welche entsprechend mit Hilfselementen innerhalb des Verzögerungselements verbunden sind. Die Frequenz des oszillierenden Ausgangssignals wird eingestellt, indem eine Verzögerung der Hilfselemente eingestellt wird, welche in den jeweiligen kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselementen eingeschaltet sind, um dadurch bezüglich einer Funktion des variablen Steuersignals variabel ausgebildet zu sein, und die Verzögerung der anderen Hilfselemente, welche eingeschaltet sind, wird durch das unveränderliche Steuersignal eingestellt. Erfindungsgemäß kann das unveränderliche Steuersignal auch nicht vorhanden sein. Wenn beispielsweise ein Hilfselement eingeschaltet ist, nimmt es ein variables Steuersignal entgegen, wenn beispielsweise zwei Hilfselemente eingeschaltet sind, wird ein Hilfselement durch das variable Steuersignal und das andere Hilfselement durch das unveränderliche Steuersignal gesteuert. Wenn drei Hilfselemente eingeschaltet sind, wird einem Hilfselement das variable Steuersignal zugeführt und den beiden anderen wird das unveränderliche Steuersignal zugeführt.
Die hier beschriebenen Verfahren können in unterschiedlichen Arten ausgeführt oder implementiert werden. Eine beispielhafte Umgebung und ein beispielhafter Kontext werden im Folgenden mit Bezug zu den Figuren beschrieben und erläutert.
Beispielhafte Systeme
3 stellt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Ringoszillators 300 dar. Der Ringoszillator 300 weist einen Ausgang an einem Ausgangsanschluss 302 und eine Anzahl von kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselementen 304a–304n auf. Jedes der Verzögerungselemente 304a–304n weist einen entsprechenden Eingangsanschluss 306a–306n und einen Ausgangsanschluss 308a–308n auf. Der Eingangsanschluss (z. B. 306b) jedes Elements ist mit dem Ausgangsanschluss (z. B. 308a) des vorhergehenden Elements verbunden. Der Eingangsanschluss 306a des ersten Elements 304a ist jedoch mit dem Ausgangsanschluss 308n des letzten Elements 304n verbunden. Innerhalb jedes Elements 304a–304n sind Verzögerungshilfselemente 310a–310n angeordnet. Die Hilfselemente bzw. Hilfszellen 310a–310n sind parallel zueinander angeordnet bzw. verbunden und weisen einen gemeinsamen Eingang, welcher mit dem jeweiligen Eingangsanschluss 306a–306n verbunden ist, und einen gemeinsamen Ausgang, welcher entsprechend mit einem jeweiligen Ausgangsanschluss 308a–308n verbunden ist, auf. Dabei kann eine Kapazität, wie beispielsweise eine Kapazität 314, mit dem gemeinsamen Ausgang verbunden sein.
Die Verzögerung von einigen Hilfselementen, z. B. 310a–310b, wird durch ein gemeinsames variables Einstellsignal (z. B. ein variables analoges oder digitales Signal, welches hier auch als variables Steuersignal bezeichnet wird) auf einer Steuerleitung 316 gesteuert, welches durch eine Steuerschaltung 318 bereitgestellt wird. Dabei wird die Verzögerung der anderen Hilfselemente, z. B. 310c–310n, gemäß dieser Ausführungsform durch ein gemeinsames unveränderliches Einstellsignal (z. B. durch einen unveränderlichen analogen Spannungswert, durch ein unveränderliches digitales Muster oder durch einen unveränderlichen Stromwert, was hier auch als ein unveränderliches Steuersignal bezeichnet wird) auf einer Steuerleitung 320 gesteuert, welches durch die Steuerschaltung 318 bereitgestellt wird. Dabei kann die Steuerschaltung 318 einen Prozessor und einen Speicher, welcher Anweisungen enthält, umfassen. Unter Einsatz allgemein bekannter Verfahren kann die Steuerschaltung 318 analoge Steuersignale erzeugen, wobei ein Digital-Analog-Wandler (nicht dargestellt) eingesetzt wird oder sie kann digitale Steuersignale erzeugen. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Steuerschaltung 318 in einer Phasenregelkreisschaltung vorhanden sein, welche ein Einstellsignal erzeugt, um dadurch die Ausgangsfrequenz des gesteuerten Ringoszillators 300 bezüglich eines zugeführten Taktsignals (nicht dargestellt) zu fixieren. Die Steuerschaltung kann Hilfselemente aktivieren und deaktivieren, um die minimale Frequenz und die maximale Frequenz eines Bereichs, in welchem sich die Frequenz des Ausgangssignals des Ringoszillators 300 als Funktion des variablen Steuersignals verändert, zu erhöhen oder abzusenken.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die Spannungs- oder Stromwerte eines digitalen Steuerwortes des unveränderlichen Einstellsignals vorab eingestellt oder digital steuerbar. Die Werte werden direkt in den gesteuerten Ringoszillator 300 gespeist. Dabei kann unter Einsatz bekannter Verfahren jedes der Hilfselemente 310a–310n abgeschaltet werden, indem das jeweilige Hilfselement 310a–310n von seiner Stromversorgung getrennt wird. Ein Einschalten und Ausschalten der Hilfselemente, welche mit dem unveränderlichen Einstellsignal verbunden sind, verändert einen Frequenzversatz des Ausgangs des Ringoszillators 300. Wenn der Ringoszillator 300 mit Spannung versorgt wird, erzeugt der Ringoszillator 300 ein Taktsignal an seinem Ausgangsanschluss 302 mit einer Frequenz, welche von dem Spannungswert, dem Stromwert oder dem digitalen Steuerwort des variablen Einstellsignals und von der Anzahl der Stufen (Elemente) mit einer variablen oder unveränderlichen Einstellung abhängt.
Jedes Hilfselement 310a–310n in jedem Element 304a–304n kann unter Anwendung allgemein bekannter Verfahren entworfen sein, wobei beispielsweise differenzielle oder nicht differenzielle Strukturen eingesetzt werden können. Obwohl bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ein Element vier Hilfselemente umfasst, sei darauf hingewiesen, dass es sich dabei nur um ein nicht einschränkendes Beispiel handelt und irgendeine Anzahl von Hilfselementen oder irgendeine Anzahl von Elementen verwendet werden kann.
In 4 ist ein Graph 400 dargestellt, welcher die Einstellungskurven 402–408 des Ringoszillators 300 darstellt, wobei die x-Achse den Wert des Einstellsignals und die y-Achse die Frequenz des Ringoszillators repräsentiert. Diese Kurven zeigen, dass sich eine Ausgangsfrequenz als Funktion der Spannung des variablen Einstellsignals und einer Anzahl der Hilfselemente, welche unter Strom stehen, verändert.
Bei einer Ausführungsform wird eines der Hilfselemente (z. B. das Hilfselement 310a) bei jedem Element 304a–304n eingeschaltet, während einige der anderen Hilfselemente abgeschaltet werden und die restlichen Hilfselemente mit einem unveränderlichen Einstellsignal versorgt werden. Die Frequenz des Ausgangs des gesteuerten Oszillators 300 als Funktion des variablen Einstellsignals, welches auf einer Leitung 316 zugeführt wird, wird durch die Kurve 402 dargestellt. Die Kurven 404, 406 und 408 stellen die Frequenz des Ausgangs des gesteuerten Oszillators 302 als eine Funktion des variablen Einstellsignals dar, wenn mehrere Hilfselemente 310a–310n mit Strom versorgt werden und das unveränderliche Einstellsignal zugeführt wird.
Die Kurve 408 stellt die Frequenz des Ausgangs des gesteuerten Oszillators 300 abhängig von einer Veränderung des variablen Einstellsignals dar, wenn alle Hilfselemente 310a–310n mit Strom versorgt werden und einige der Hilfselemente ein unveränderliches Einstellsignal empfangen. Da einigen Hilfselementen in dem Element das unveränderliche Steuersignal zugeführt wird und die Anzahl der Hilfselemente, welche das variable Einstellsignal entgegennehmen, konstant bleibt, erhöht sich die Frequenz des Ausgangs des Ringoszillators als Funktion des variablen Einstellsignals mit im Wesentlichen derselben Rate (derselben Steigung) unabhängig von der Anzahl der Hilfselemente, welche eingeschaltet sind.
In 4b ist der Frequenzveränderungsfaktor des Ringoszillators als Funktion der Frequenz dargestellt, wobei die x-Achse die Ausgangsfrequenz und die y-Achse den Frequenzveränderungsfaktor oder Kco des Oszillators für jeden gegebenen Eingangswert repräsentiert. Die Eingangswerte 202–208 entsprechen den in 2b dargestellten Eingangswerten. Der Frequenzveränderungsfaktor des Ringoszillators 300 ist insbesondere für alle Eingangswerte 402–408 konstant. Dies ist für jeden Ringoszillator erstrebenswert, da dadurch die Anforderungen an die Steuerschaltung (z. B. in einem PLL) kleiner sind und dies zu einem schlankeren und effektiveren Entwurf führt.
Da die Anzahl der Stufen (Verzögerungselemente, Hilfselemente), welche einen variablen Frequenzveränderungsfaktor aufweisen, welche einen unveränderliche Frequenzveränderungsfaktor aufweisen oder welche abgeschaltet sind, völlig variabel ist, kann eine Anzahl von zusätzlichen Einstellungskurven erzeugt werden. Die 4b stellt als Beispiel Kurven 602, 604 und 802 für Ringoszillatoren dar, welche zwei variable Stufen (Hilfselemente, denen das variable Steuersignal zugeführt wird) oder drei variable Stufen aufweisen, wobei die restlichen Stufen unveränderlich ((Hilfselemente, denen das unveränderliche Steuersignal zugeführt wird)) eingestellt sind oder abgeschaltet sind. Mit der 4b wird gezeigt, dass bei einem Ringoszillator 300 jeder beliebige Frequenzveränderungsfaktor Kco für jede erwünschte Frequenz eingestellt werden kann.
Beispielhaftes Verfahren
In 5 ist ein beispielhaftes Verfahren 500 zur Einstellung eines Ringoszillators, wie beispielsweise des in 3 dargestellten Ringoszillators, dargestellt.
In Block 502 werden unveränderliche Steuersignale selektiv auf einer Leitung 320 den Hilfselementen (z. B. den Hilfselementen 306c, 306d) in jedem der kaskadenförmig angeordneten Elemente 304a–304n des Ringoszillators 300 zugeführt. Diese unveränderlichen Steuersignale stellen den Frequenzveränderungsfaktor und die Verzögerung derjenigen Hilfselemente ein, welchen sie zugeführt sind (z. B. den Hilfselementen 306c, 306d). Darüber hinaus werden variable Steuersignale selektiv auf einer Leitung 316 zu verschiedenen Hilfselementen (z. B. zu den Hilfselementen 306a und 306b) zugeführt und stellen den Frequenzveränderungsfaktor und die Verzögerung derjenigen Hilfselemente ein, welchen sie zugeführt sind (z. B. den Hilfselementen 306a, 306b).
In Block 504 wird durch die Steuerschaltung 318 entschieden, welche Ausgangsfrequenz von dem Ringoszillator 300 zu erzeugen ist. Dabei kann die Steuerschaltung entscheiden oder anweisen, eine Frequenz bereitzustellen, welche bezüglich eines bekannten Taktsignals in einer Phasenregelschleife fixiert wird.
In Block 506 versorgt die Steuerschaltung 318 selektiv bestimmte Hilfselemente der Elemente 304a–304n mit Spannung oder nicht, um sicherzustellen, dass die erwünschte Frequenz an dem Ausgangsanschluss 302 bereitgestellt wird. Diese erwünschte Frequenz wird eingestellt, indem das variable Einstellsignal (das variable Steuersignal) entsprechend der Einstellungskurven, welche in 4 dargestellt sind, verändert wird.
In Block 508 wird der Wert des variablen Einstellsignals (des variablen Steuersignals) auf Leitung 316 derart eingestellt, dass der Ringoszillator 300 die erwünschte Ausgangsfrequenz erzeugt. Das variable Steuersignal kann kontinuierlich derart verändert werden, dass die Ausgangsfrequenz des Ringoszillators 300 entsprechend verändert wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht in der dargestellten Reihenfolge der einzelnen Schritte ausgeführt werden muss. Darüber hinaus ist es möglich, dass bestimmte Schritte vollständig ausgelassen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch einen Computer, durch einen Prozessor oder durch eine andere Recheneinheit basierend auf Anweisungen, welche auf einem oder mehreren von einem Computer lesbaren Medium gespeichert sind, ausgeführt werden. Das oder die von einem Computer lesbaren Medien können jedes verfügbare Medium umfassen, welches von einer Recheneinheit gelesen werden kann, um die darauf gespeicherten Anweisungen zu implementieren.

Claims

Ringoszillator umfassend: eine Steuerschaltung (318), um ein variables Steuersignal (316) zu erzeugen, und eine Anzahl von kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselementen (304a–304n), welche durch das variable Steuersignal (316) gesteuert sind, wobei jedes Verzögerungselement (304a–304n) einen Eingang (306a–306n) aufweist, welcher derart angeschlossen ist, dass er ein Eingangssignal entgegennimmt, welches außer für das erste der kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselemente (304a) einem Ausgangssignal entspricht, welches von einem vorhergehenden Verzögerungselement abgeleitet ist, wobei der Eingang des ersten Verzögerungselements (304a) derart angeschlossen ist, dass er das Ausgangssignal des letzten Verzögerungselements (304n) aufnimmt, wobei zumindest eines der Verzögerungselemente (304a–304n) aus mehreren Hilfselementen (310a–310n) zusammengesetzt ist, wobei zumindest eines der mehreren Hilfselemente (310a–310n) eine Verzögerung aufweist, welche abhängig von einer Funktion des variablen Steuersignals (316) ist, und wobei mindestens eines der Hilfselemente (310a–310n) eine Verzögerung aufweist, welche durch ein unveränderliches Steuersignal (320) eingestellt ist.
Ringoszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das variable Steuersignal (316) eine Frequenz des Ausgangssignals (302) derart bestimmt, dass sie sich als Funktion des variablen Steuersignals (316) verändert.
Ringoszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen dem variablen Steuersignal (316) und der Frequenz des Ausgangssignals (302) eine Funktion der Anzahl der Hilfselemente (310a–310n) ist, welche das unveränderliche Steuersignal (320) entgegennehmen.
Ringoszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der mehreren Hilfselemente (310a–310n) in einem Element (304a–304n) einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss aufweist, und dass die Hilfselemente (310a –310n) in dem Element (304a–304n) parallel miteinander verbunden sind, indem die Eingangsanschlüsse miteinander und die Ausgangsanschlüsse miteinander verbunden sind.
Ringoszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frequenzversatz des Ausgangssignals (302) eine Funktion der Hilfselemente (310a–310n) ist, welche das unveränderliche Steuersignal (320) und das variable Steuersignal (316) entgegennehmen.
Ringoszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringoszillator (300) darüber hinaus eine Steuerschaltung (318) umfasst, um die Hilfselemente (310a–310n) derart zu aktivieren, das ein Frequenzbereich verändert wird, in welchem sich das Ausgangssignal (302) als eine Funktion des variablen Steuersignals (316) verändert.
Ringoszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Hilfselemente (310a–310n) einen nicht differenziellen oder einen differentiellen Verzögerungsbaustein umfasst.
Ringoszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringoszillator (300) darüber hinaus eine Steuerschaltung (318) umfasst, um diejenigen Hilfselemente (310a–310n) auszuwählen, welche das variable Steuersignal (316) aufnehmen, um diejenigen Hilfselemente (310a–310n) auszuwählen, welche das unveränderliche Steuersignal (320) aufnehmen, und um diejenigen Hilfselemente (310a–310n) auszuwählen, welche aktiviert werden, um die Ausgangsfrequenz des Ringoszillators (300) zu programmieren.
Vorrichtung in einem Ringoszillator, umfassend: eine Anzahl von kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselementen (304a–304n), welche durch ein variables Steuersignal (316) und durch ein unveränderliches Steuersignal (320) gesteuert sind, wobei jedes Verzögerungselement (304a–304n) einen Eingang (306a–306n) aufweist, welcher derart angeschlossen ist, dass er ein Eingangssignal aufnimmt, welches, außer für das erste der kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselemente (304a), einem Ausgangssignal entspricht, welches von einem vorhergehenden Verzögerungselement abgeleitet ist, wobei der Eingang des ersten Verzögerungselements (304a) derart angeschlossen ist, dass er das Ausgangssignal des letzten Verzögerungselements (304n) aufnimmt, wobei jedes der Verzögerungselemente (304a–304n) mehrere Hilfselemente (310a–310n) umfasst, wobei mindestens eines der mehreren Hilfselemente (310a–310n) in jedem der kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselemente (304a–304n) eine Verzögerung aufweist, welche von einer Funktion des variablen Steuersignals (316) abhängt, wobei mindestens eines der mehreren Hilfselemente (310a–310n) in jedem der kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselemente (304a–304n) eine Verzögerung aufweist, welche durch das unveränderliche Steuersignal (320) eingestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das variable Steuersignal (316) bewirkt, dass sich eine Frequenz des Ausgangssignals (302) als eine Funktion eines Wertes des variablen Steuersignals (316) ändert.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen einem Wert des variablen Steuersignals (316) und der Frequenz des Ausgangssignals (302) eine Funktion der Anzahl der Hilfselemente (310a–310n) ist, welche das unveränderliche Steuersignal (320) aufnehmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung darüber hinaus eine Steuerschaltung (318) umfasst, um Hilfselemente (310a–310n) in jedem der kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselemente (304a–304n) zu aktivieren und zu deaktivieren, um eine minimale und eine maximale Frequenz des Ausgangssignals (302) zu erhöhen oder abzusenken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Element (304a–304n) betriebsfähig ist, um Signale (316, 320) von einer Steuerschaltung (318) aufzunehmen, welche zu den Hilfselementen (310a–310n) verteilt werden, um die Frequenz des Ringoszillators (300) zu programmieren, wobei die Signale umfassen: das variable Steuersignal (316), das unveränderliche Steuersignal (320), und Signale, welche anzeigen, welche der Hilfselemente (310a–310n) zu aktivieren sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9–13, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Hilfselemente (310a–310n) in einem Element (304a–304n) einen gemeinsamen Eingangsanschluss (306a–306n) und einen gemeinsamen Ausgangsanschluss (308a–308n) aufweisen, und dass alle der Hilfselemente (310a–310n) in dem Element (304a–304n) parallel verbunden sind, indem Eingangsanschlüsse miteinander und indem Ausgangsanschlüsse miteinander verbunden sind.
Verfahren umfassend: kaskadenförmiges Anordnen einer Anzahl von Verzögerungselemente (304a–304n), Steuern der Verzögerungselemente (304a–304n) mit einem variablen Steuersignal (316) und einem unveränderlichen Steuersignal (320), Zuführen eines Eingangssignals zu einem Eingang (306a–306n) von jedem Verzögerungselement (304a–304n), welches, außer für das erste kaskadenförmig angeordnete Verzögerungselement (304a), einem Ausgangssignal entspricht, welches von einem vorhergehenden Verzögerungselement abgeleitet ist, Zuführen eines Ausgangssignals (308n) des letzten Verzögerungselements (304n) zu dem Eingang (306a) des ersten Verzögerungselements (304a), Ausbilden jedes der Verzögerungselemente (304a–304n) mit mehreren Hilfselementen (310a–310n), Einstellen der Verzögerung von zumindest einem der mehreren Hilfselemente (310a–310n) in jedem kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselement (304a–304n) als Funktion des variablen Steuersignals (316), und Einstellen der Verzögerung des mindestens einen der mehreren Hilfselemente (310a–310n) in jedem kaskadenförmig angeordneten Verzögerungselement (304a–304n) mittels des unveränderlichen Steuersignals (320).
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren darüber hinaus umfasst, dass die Frequenz des Ausgangssignals (302) durch eine kontinuierliche Änderung eines Werts des variablen Steuersignals (316) geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis zwischen dem variablen Steuersignal (316) und der Frequenz des Ausgangssignals (302) eine Funktion der Anzahl der Hilfselemente (310a–310n) ist, welche das unveränderliche Steuersignal (320) aufnehmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15–17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren darüber hinaus ein Einstellen von Frequenzveränderungsfaktoren der Hilfselemente (310a–310n) umfasst, so dass mehrere aufeinanderfolgende Frequenzbereiche ausgewählt werden können, indem der Wert des variablen Steuersignals (316) verändert und einige der Hilfselemente (310a–310n), welche das variable Steuersignal (316) aufnehmen, ein- oder ausgeschaltet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15–18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren darüber hinaus ein Aktivieren von Hilfselementen (310a–310n) umfasst, um einen minimalen Frequenzbereich und einen maximalen Frequenzbereich zu ändern, wobei sich das Ausgangssignal (302) als eine Funktion des variablen Steuersignals (316) verändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15–19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren darüber hinaus umfasst: kaskadenförmiges Anordnen der Verzögerungselemente (304a–304n), um einen Ringoszillator (300) auszubilden, und selektives Übertragen von Signalen (316, 320) von der Steuerschaltung (318) zu jedem Verzögerungselement (304a–304n), welche die Frequenz des Ringoszillators (300) programmieren, wobei die Signale das variable Steuersignal (316), das unveränderliche Steuersignal (320) und eine Informationen, welche Hilfselemente (310a–310n) zu aktivieren sind, umfassen.